DE19931299C2 - Bildschirm mit Hintergrundbeleuchtung - Google Patents
Bildschirm mit HintergrundbeleuchtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Bildschirm mit Hintergrundbeleuchtung aus wenigstens einer
Lichtquelle und einer Lichtleiterplatte, welche eine dem Bildschirm zugewandte
Frontfläche, eine Rückfläche und Seitenflächen enthält, gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Lichtleiterplatte mit einer Frontfläche,
einer Rückfläche und Seitenflächen, gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten
Patentanspruchs 7.
Ein solcher Bildschirm bzw. eine solche Lichtleiterplatte sind aus der EP 0 590 511 A1
bekannt.
Flüssigkristallbildschirme sind passive Anzeigesysteme, daß heißt sie leuchten nicht selber.
Diese Bildschirme beruhen auf dem Prinzip, daß Licht die Schicht aus Flüssigkristallen
passiert oder auch nicht. Dies bedeutet, daß eine externe Lichtquelle benötigt wird, um ein
Bild zu erzeugen. In reflektiven Flüssigkristallbildschirmen wird das Umgebungslicht als
externe Lichtquelle benutzt. Bei durchlässigen Flüssigkristallbildschirmen wird in einem
Hintergrundbeleuchtungssystem künstliches Licht erzeugt.
Ein Hintergrundbeleuchtungssystem enthält eine Lichtquelle, die Licht zur Hintergrund
beleuchtung liefert, und eine Lichtleiterplatte mit einer Frontfläche, einer Rückfläche und
mehreren Seitenflächen. Eine Seitenfläche der Lichtleiterplatte, die benachbart zur Licht
quelle liegt, empfängt von dieser erzeugtes Licht, um dieses als Hintergrundbeleuchtungs
licht zum Flüssigkristallbildschirm zu leiten. Weitere Komponenten des Hintergrund
beleuchtungssystems sind eine Reflexionsschicht, die durch die Rückfläche austretendes
Licht in die Lichtleiterplatte zurückreflektiert und lichtstreuende Elemente, welche sich im
Inneren der Lichtleiterplatte befinden.
Tritt ein von der Lichtquelle emittierter Lichtstrahl in die Lichtleiterplatte ein, läuft er
normalerweise in der Längsrichtung der Lichtquelle weiter und zwar aufgrund wiederhol
ter, interner Totalreflexion an der Front- und der Rückfläche. Trifft der Lichtstrahl auf das
streuende Material, so wird die Bedingung für eine interne Totalreflexion zerstört, und der
Laufpfad in Längsrichtung wird unterbrochen. Ein Teil des Lichtes streut zum Flüssig
kristallbildschirm, um für seine Hintergrundbeleuchtung zu sorgen.
Zur Lichtstreuung werden unterschiedliche Prinzipien verwendet: Aus EP 0 590 511 A1
ist zum Beispiel eine Lichtleiterplatte bekannt, die Einkerbungen in der Front- und/oder
Rückfläche aufweist. In den Patent Abstracts of Japan, Publikationsnummer 08248232 A,
ist beispielsweise eine Lichtleiterplatte beschrieben, die Luftblasen bestimmter Größe
enthält. Aus den Patent Abstracts of Japan, Publikationsnummer 09211451 A, ist eine
Lichtleiterplatte mit stabförmigen Einlassungen aus einem Material, dessen Brechungs
index höher ist als der Brechungsindex des Materials, aus dem die Lichtleiterplatte
hergestellt ist, bekannt. In der JP 06-289393 A ist eine Lichtleiterplatte beschrieben, die
Vertiefungen in der Rückplatte aufweist, die in einem bestimmten Abstand zur Lichtquelle
angeordnet sind.
In der Praxis hat es sich als schwierig erwiesen, die räumliche Anordnung dieser streuenden
Strukturen so zu bestimmen, daß in der Ebene der Frontfläche eine möglichst homogene
Leuchtdichte auftritt. Dies gilt besonders bei Einsatz von mehr oder weniger punktförmi
gen Lichtquellen wie zum Beispiel Leuchtdioden. Zur Erzielung einer homogenen Vertei
lung müssen mehrere Leuchtdioden eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Bildschirm der eingangs genannten
Art ein Hintergrundsbeleuchtungssystem mit verbesserter Homogenität der Licht
verteilung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 bzw. im
nebengeordneten Patentanspruch 7 gelöst.
Als Folge der Einbuchtungen in den Seitenflächen in der Lichtleiterplatte werden
Lichtstrahlen in der xy-Ebene der Lichtleiterplatte willkürlich verteilt, während die z-
Komponente bei der Reflexion erhalten bleibt. Das einfallende Licht wird dadurch
einheitlich über die Lichtleiterplatte verteilt.
Es ist bevorzugt, dass die Lichtleiterplatte zusätzlich Vertiefungen mit vertikalen Wänden
aufweist.
Als Folge der Vertiefungen mit vertikalen Wänden in der Lichtleiterplatte werden
Lichtstrahlen in der xy-Ebene der Lichtleiterplatte willkürlich verteilt, während die z-
Komponente bei der Reflexion erhalten bleibt. Das einfallende Licht wird dadurch
einheitlich über die Lichtleiterplatte verteilt.
Es ist bevorzugt, daß die verspiegelten Einbuchtungen regelmäßig und entlang aller
Seitenflächen angebracht sind.
Mit Hilfe der streuenden Elemente kann eine zusätzliche Verteilung der Lichtstrahlen
erreicht werden. Tritt ein Lichtstrahl durch die senkrechte Mantelfläche seitlich in eine
Vertiefung ein und trifft auf ein streuendes Element, so kann er derart gestreut werden,
daß er durch die obere Öffnung der Vertiefung austritt oder durch die senkrechte seitliche
Mantelfläche der Vertiefung wieder in die Lichtleiterplatte gelangt. Im letzteren Fall
werden die Lichtstrahlen über die xy-Ebene der Lichtleiterplatte verteilt, während die
Bedingung für eine Totalreflexion an der Frontfläche und der Rückfläche der Lichtleiter
platte erhalten bleibt.
Desweiteren betrifft die Erfindung eine Lichtleiterplatte mit einer Frontfläche, einer Rück
fläche und Seitenflächen, die verspiegelte Einbuchtungen in wenigstens einer Seitenfläche
aufweist.
Durch die verspiegelten Einbuchtungen in wenigstens einer Seitenfläche werden
einfallende Lichtstrahlen bezüglich der vertikalen Komponente der Lichtleiterplatte
reflektiert und bezüglich der anderen Komponenten der Lichtleiterplatte diffus gestreut.
Die Lichtstrahlen werden über die xy-Ebene der Lichtplatte verteilt und die
Lichtleiterplatte weist eine homogene Verteilung des Lichtes auf.
Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand dreier Figuren näher
erläutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1: einen vertikalen Querschnitt durch einen Bildschirm mit Hintergrundbe
leuchtungssystem,
Fig. 2: eine Aufsicht auf eine Lichtleiterplatte mit Einbuchtungen an den
Seitenflächen sowie mit Vertiefungen senkrecht zur Front- bzw. Rückfläche
und
Fig. 3: einen horizontalen Querschnitt durch eine Lichtleiterplatte mit
Einbuchtungen an den Seitenflächen und Vertiefungen senkrecht zur
Front- bzw. Rückfläche.
Da die Reflexion an den Seitenflächen der Lichtleiterplatte die Bedingung für die
Totalreflexion der Front- und der Rückfläche nicht verletzt, kann das Licht durch
Reflexion an den Rändern der Lichtleiterplatte effektiv über die Lichtleiterplatte verteilt
werden.
Es kann bevorzugt sein, daß die Vertiefungen senkrecht zur Front- und/oder Rückfläche
eingelassen sind.
Die Vertiefungen mit vertikalen Wänden verbessern auch die Homogenität der Licht
verteilung in der Lichtleiterplatte. Trifft ein Lichtstrahl auf die Wand einer solchen
Vertiefung, so wird er entweder an der Mantelfläche oder der oberen Begrenzung der
Vertiefung totalreflektiert oder er wird in die Vertiefung hineingebrochen. Nachdem der
Lichtstrahl in die Vertiefung hineingebrochen wurde, kann er sie durch die senkrechte
Mantelfläche verlassen, wobei die z-Komponente des Lichtstrahles erhalten bleibt, während
sich die xy-Richtung durch Brechung verändert. Das Licht wird homogen über die xy-
Ebene der Lichtleiterplatte verteilt.
Es ist außerdem bevorzugt, daß die Vertiefungen die Lichtleiterplatte komplett oder nur
zum Teil durchdringen.
Mit Hilfe der Vertiefungen kann die Auskoppelung des Lichtes in Richtung des Bild
schirms verbessert werden. Trifft ein Lichtstrahl auf die Wand einer solchen Vertiefung, so
wird er entweder an der Mantelfläche oder der oberen Begrenzung der Vertiefung total
reflektiert oder er wird in die Vertiefung hineingebrochen. Bei Austritt des Lichtstrahles
durch die obere oder untere Begrenzung der Vertiefung wird der Lichtstrahl im allgemei
nen aus der Lichtleiterplatte herausgestreut. Die Größe dieses Effekts und die Winkel
verteilung des ausgekoppelten Lichtes hängen direkt vom Verhältnis der Höhe der Vertie
fung zu seinem Querschnitt ab und können somit gut kontrolliert werden.
Es kann bevorzugt sein, daß sich am Boden der Vertiefungen streuende Elemente
befinden.
In Fig. 1 ist ein Bildschirm 1, zum Beispiel ein Flüssigkristallbildschirm, mit Hintergrund
beleuchtungssystem dargestellt. Das Hintergrundbeleuchtungssystem enthält eine Licht
quelle 4, beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Kaltkathodenlampe, und eine Licht
leiterplatte 2, die aus einem transparenten Kunststoff wie zum Beispiel Polymethyl
methacrylat ist. Die Lichtleiterplatte 2 weist eine dem Bildschirm 1 zugewandte Front
fläche 7, eine Rückfläche 8 und mehrere Seitenflächen 9 auf. Über eine Seitenfläche 9, die
der Lichtquelle 4 benachbart ist, gelangen die von der Lichtquelle 4 emittierten Licht
strahlen 5 in der Lichtleiterplatte 2. Die Seitenflächen 9 der Lichtleiterplatte 2 weisen
verspiegelte Einbuchtungen 10 mit beliebiger Höhe, beliebigem Durchmesser und
beliebigem Querschnitt, beispielsweise dem Querschnitt eines Kreissektors auf. Außerdem
sind in der Lichtleiterplatte 2 senkrecht zur Frontfläche 7 und/oder zur Rückfläche 8
Vertiefungen 11 mit vertikalen Seitenwänden eingelassen. Diese Vertiefungen 11 werden
beispielsweise mittels Ausstanzen hergestellt und können die Lichtleiterplatte 2 komplett
oder nur zum Teil durchdringen. Zwischen Bildschirm 1 und Lichtleiterplatte 2 befindet
sich eine Diffusionsschicht 3. Hinter der Rückfläche 8 ist eine Reflexionsschicht 6
angebracht.
Alternativ können sich am Boden von Vertiefungen, die die Lichtleiterplatte nicht ganz
durchdringen, streuende Elemente befinden. Diese streuenden Elemente können beispiels
weise transparente, nicht absorbierende Kügelchen mit einem Durchmesser bis zu 100 µm
aus einem transparenten Kunststoff wie zum Beispiel Polymethylmethacrylat sein. Bei
Vertiefungen, die die Lichtleiterplatte komplett durchdringen, kann die Reflexionsschicht
6 wenigstens im Bereich der Vertiefungen zusätzlich noch streuende Eigenschaften
aufweisen.
Bei Verwendung einer Kaltkathodenlampe als Lichtquelle 4, kann die Lichtquelle 4
zusätzlich noch mit einer reflektierenden Abdeckung versehen werden.
In Fig. 2 ist eine Lichtleiterplatte 2 gezeigt, die Einbuchtungen 10 an den Seitenflächen 9
der Lichtleiterplatte 2 sowie Vertiefungen 11 senkrecht zur Front- bzw. Rückfläche der
Lichtleiterplatte 2 enthält. Die verspiegelten Einbuchtungen 10 sind in diesem
Ausführungsbeispiel derart ausgeführt, daß sie einer vertikalen Wellung der Seitenflächen 9
entsprechen. Die Vertiefungen 11 mit vertikalen Wänden können beispielsweise einen
kreisförmigen, einen elliptischen, einen rautenförmigen oder einen rechteckigen Quer
schnitt und einen beliebigen Durchmesser aufweisen.
In Fig. 3 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Lichtleiterplatte 2 gezeigt, die verspie
gelte Einbuchtungen 10 an den Seitenflächen 9 der Lichtleiterplatte 2 sowie Vertiefungen
11 mit vertikalen Seitenwänden senkrecht zur Front- bzw. Rückfläche der Lichtleiterplatte
2 enthält.
Alternativ kann die Lichtleiterplatte 2 nur mit verspiegelten Einbuchtungen 10 in den
Seitenflächen 9 der Lichtleiterplatte 2 oder nur mit Vertiefungen 11 senkrecht zur
Frontfläche 7 und/oder der Rückfläche 8 mit vertikalen Wänden ausgeführt werden.
Die Hintergrundbeleuchtung eines Bildschirms 1 erfolgt folgendermaßen: Ein von der
Lichtquelle 4 emittierter Lichtstrahl 5 tritt über eine Seitenfläche 9 in die Lichtleiterplatte
2 ein und läuft aufgrund wiederholter Totalreflexion an der Frontfläche 7 und der Rück
fläche 8 in Längsrichtung der Lichtquelle 4 weiter. Trifft der Lichtstrahl 5 auf eine verspie
gelte Einbuchtung 10 an einer Seitenfläche 9 der Lichtleiterplatte 2, wird der Lichtstrahl 5
bezüglich der xy-Ebene der Lichtleiterplatte 2 willkürlich gestreut, während die vertikale
Komponente erhalten bleibt. Trifft ein Lichtstrahl 5 auf die Wand einer Vertiefung 11, so
wird er entweder an der Mantelfläche oder der oberen Begrenzung der Vertiefung 11
totalreflektiert oder er wird in die Vertiefung 11 hineingebrochen. Verläßt der Lichtstrahl
5 eine Vertiefung 11 durch die senkrechte Mantelfläche bleibt die z-Komponente des
Lichtstrahles 5 erhalten, während sich die xy-Richtung durch Brechung verändert. Bei
Eintritt und Austritt des Lichtstrahles 5 durch die obere oder untere Begrenzung der
Vertiefung 11 wird der Lichtstrahl 5 im allgemeinen aus der Lichtleiterplatte 2 heraus
gestreut. Dabei wird rückwärtig austretendes Licht durch die Reflexionsschicht 6 wieder in
die Lichtleiterplatte 2 zurückreflektiert.
Befinden sich am Boden von Vertiefungen 11, die die Lichtleiterplatte 2 nicht ganz durch
dringen, streuende Elemente, so wird ein durch die senkrechte Mantelfläche seitlich in eine
Vertiefung 11 eintretender Lichtstrahl 5, wenn er auf ein streuendes Element trifft, derart
gestreut, daß er durch die senkrechte seitliche Mantelfläche der Vertiefung 11 wieder in
die Lichtleiterplatte 2 gelangt oder durch die obere Öffnung der Vertiefung 11 austritt.
Besitzt die Reflexionsschicht 6 im Bereich von Vertiefungen 11, die die Lichtleiterplatte 2
ganz durchdringen, reflektierende und streuende Eigenschaften, wird ein nach hinten
austretender Lichtstrahl 5 derart abgelenkt, daß er wieder in die Lichtleiterplatte 2 gelangt
oder durch die obere Öffnung der Vertiefung 11 austritt.
Die Auskoppelung des Lichtes zur Hintergrundbeleuchtung des Bildschirms 1 kann auch
durch eine Strukturierung, beispielsweise aufgedruckte Punkte aus weißer Farbe oder
geeignete Vertiefungen und Oberflächenstrukturen, der Frontfläche 7 oder der Rückfläche
8 erfolgen.
Durch die Diffusionsschicht 3 gelangen die ausgekoppelten Lichtstrahlen 5 schließlich
zum Bildschirm 1, um für dessen Hintergrundbeleuchtung zu sorgen.
Claims (7)
1. Bildschirm (1) mit Hintergrundbeleuchtung aus wenigstens einer Lichtquelle (4) und
einer Lichtleiterplatte (2), welche eine dem Bildschirm (1) zugewandte Frontfläche (7),
eine Rückfläche (8) und Seitenflächen (9) enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtleiterplatte (2) zur Reflexion eines von der Lichtquelle (4) emittierten
Lichtstrahles (5) bezüglich ihrer vertikalen Komponente und zur diffusen Streuung
bezüglich ihrer anderen Komponenten verspiegelte Einbuchtungen (10) in wenigstens
einer Seitenfläche (9) aufweist.
2. Bildschirm (1) mit Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtleiterplatte (2) zusätzlich Vertiefungen (11) mit vertikalen Wänden aufweist.
3. Bildschirm (1) mit Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verspiegelten Einbuchtungen (10) regelmäßig und entlang aller Seitenflächen (9)
angebracht sind.
4. Bildschirm (1) mit Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vertiefungen (11) senkrecht zur Front- und/oder Rückfläche eingelassen sind.
5. Bildschirm (1) mit Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vertiefungen (11) die Lichtleiterplatte (2) komplett oder nur zum Teil
durchdringen.
6. Bildschirm (1) mit Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich am Boden der Vertiefungen (11) streuende Elemente befinden.
7. Lichtleiterplatte (2) mit einer Frontfläche (7), einer Rückfläche (8) und Seitenflächen (9),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtleiterplatte (2) verspiegelte Einbuchtungen (10) in wenigstens einer
Seitenfläche (9) aufweist.
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